Cientistas japoneses desenvolveram um método inovador para produzir concreto sem cimento. A novidade foi anunciada no último mês de abril por pesquisadores do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio. Se puder ser escalonada essa descoberta tem enorme potencial para revolucionar não apenas todo o setor de construção civil, mas também reduzir drasticamente as emissões de carbono originadas da produção de cimento. Além disso, será mais fácil a execução de construções de edifícios em regiões desérticas, não só na Terra mas, principalmente, na Lua e em Marte, revolucionando também as pesquisas espaciais.

O Concreto

O concreto, que é o material de construção mais utilizado no mundo, é uma mistura de agregados miúdos (areia) e graúdos (brita), água e cimento. No concreto, o cimento é usado para unir os agregados. Ele tem excelentes propriedades de ligação, mas sua produção requer grande quantidade de energia, o que contribui para a poluição e o aquecimento global.

Concreto sendo despejado – Mistura de agregados, cimento e água – https://eandt.theiet.org/content/articles/2021/04/no-cement-concrete-holds-potential-for-decarbonisation-and-moon-buildings/

O processo de produção de cimento começa com a mineração de matérias-primas, trituração, mistura e aquecimento desses materiais em alta temperatura de 1000º C, transformando esse material em cimento. Todo o processo envolvido na fabricação do cimento requer grande quantidade de energia, envolve custos elevados, contribui para o aumento das emissões de CO2 e outros gases de efeito estufa. E a produção de cimento responde por 95% da pegada de CO2 do concreto – para cada quilograma de cimento produzido, 0,7 kg de CO2 são liberados para a atmosfera.

Além disso, a escassez de matérias-primas concretas mencionadas acima está avançando em todo o mundo. Por exemplo, o calcário é a principal matéria-prima para o cimento, mas a qualidade do calcário já é um problema na Índia, que deverá se tornar o maior produtor de cimento do mundo em um futuro próximo.

Nos últimos anos, tornou-se amplamente conhecida em documentários e livros, mas há uma escassez mundial de areia e cascalho usados para concreto, e embora as exportações sejam proibidas em muitos países, a perfuração ilegal continua. Na Arábia Saudita, onde o deserto é responsável por 98% das terras do país, as exportações de areia são temporariamente proibidas devido à falta de areia.

Nos últimos anos, a exploração da lua, Marte, etc. tornou-se ativa, e a construção fora da Terra tornou-se uma realidade para o futuro assentamento. Porém, para a produção de materiais de construção usando areia na lua, é necessário uma energia superior a 1000 °C, por isso garantir energia e controle de temperatura não são fáceis.

Por isso, há a necessidade de materiais de construção que possam ser fabricados com baixo consumo de energia usando matérias-primas que existam sem distribuição irregular, podem ser obtidos em qualquer lugar da Terra (preferencialmente na lua ou em Marte), e não precisam se preocupar com o esgotamento.

Além disso, apesar de haver uma grande quantidade de areia no mundo, a disponibilidade de areia para a produção de concreto é bastante limitada porque as partículas de areia devem ter uma distribuição de tamanho específica para fornecer fluidez ao concreto – não dá para usar a areia do Saara para fazer concreto usando cimento, devido ao fato de que a areia do deserto é esférica e pequena, dificultando o uso como material de construção.

É por isso que uma nova abordagem para produzir concreto sem usar cimento e a partir de materiais inesgotáveis, pode ser revolucionária.

O concreto sem cimento

Vários cientistas têm testado alternativas para substituir o cimento na produção do concreto, como escória de alto-forno e cinzas volantes. No entanto, tal abordagem se torna insustentável à medida que o fornecimento desses produtos está diminuindo, de acordo com o professor da universidade japonesa Yuya Sakai, autor principal da pesquisa.

Yuya Sakai, professor de Engenharia Sustentável de Materiais de Construção da Universidade de Tokio – https://www.iis.u-tokyo.ac.jp/ja/research/archive/3534/

A saída, conforme Sakai, é investir em materiais inesgotáveis com menos carga ambiental, como sua equipe fez, encontrando no tetraalcoxissilano o candidato ideal. A produção deste composto aconteceu em uma reação com álcool e um catalisador, removendo a água. Ou seja, por meio de uma simples reação em álcool usando um catalisador, os pesquisadores ligaram diretamente as partículas de areia.

“Nossa ideia era deixar a água para mudar a reação para frente e para trás da areia para o tetraalcoxissilano, para ligar as partículas de areia umas às outras”, explicou o pesquisador. O passo seguinte envolveu um verdadeiro trabalho de alquimia para encontrar a proporção exata de areia e produtos químicos, com o objetivo de obter um produto extremamente resistente.

Os pesquisadores colocaram um copo feito de folha de cobre dentro de um reator com areia, álcool e os silanos, e então variaram sistematicamente as condições de reação: Quantidades de areia, de álcool, do catalisador e dos agentes de desidratação, além da temperatura de aquecimento e do tempo de reação. Determinar um produto com resistência suficiente para funcionar como concreto envolveu principalmente encontrar a proporção certa de areia, silanos e álcool.

Pesquisadores japoneses desenvolvem o Concreto sem cimento – Fonte: https://www.iis.u-tokyo.ac.jp/en/news/3531/

“Nós obtivemos produtos suficientemente fortes com, por exemplo, areia de sílica, contas de vidro, areia do deserto e areia da Lua simulada,” contou Farahani. “Essas descobertas podem promover um movimento em direção a uma indústria de construção mais ecológica e econômica em todos os lugares do planeta. Nossa técnica não requer partículas de areia específicas usadas na construção convencional. Isso também ajudará a resolver as questões de mudança climática e desenvolvimento espacial.”

Concreto com cimento x Concreto sem cimento

Materiais baseados em SiO2, como areia, cascalho e vidro, podem ser usados como matérias-primas, e podem ser fabricados a partir de areia do deserto ou areia da Lua, por exemplo. Essa tecnologia permite a produção de materiais de construção utilizando areia do deserto, que tem sido difícil de utilizar até agora, e evita o esgotamento dos recursos. O SiO2 também é o principal componente da areia na Lua e em Marte, por isso espera-se que seja aplicado não só à Terra, mas também à construção de bases na Lua e em Marte.

O produto provavelmente apresentará maior durabilidade em comparação com o concreto tradicional, uma vez que a pasta de cimento, que é comparativamente mais fraca contra o ataque químico e exibe grandes mudanças de volume como resultado da umidade e temperatura, não faz parte do produto.

Essa é uma tecnologia que adere diretamente areia e brita uns aos outros, ou seja, é como se fizesse rochas artificiais e por isso pode-se esperar que tenha uma durabilidade dramaticamente maior do que o concreto. Espera-se que essa tecnologia atinja durabilidade perto de rochas baseadas em silício.

Além disso, em comparação com o método de fusão, que requer uma temperatura de 1000°C ou mais, a temperatura exigida por este método é de apenas 240°C no máximo, por isso pode-se esperar uma redução significativa do consumo de energia e o CO2 associado a ele.

Gostou desse artigo sobre essa revolução na construção civil? Já imaginou fazer uma obra com concreto sem cimento? Será que a construção de bases espaciais serão construídas assim? Só saberemos no futuro!

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